音頻信號(hào)采集與AGC算法的DSP實(shí)現(xiàn)方案

AGC算法

使放大電路的增益隨信號(hào)強(qiáng)度的變化而自動(dòng)調(diào)整的控制方法，就是AGC-自動(dòng)增益控制。實(shí)現(xiàn)AGC可以是硬件電路，即AGC閉環(huán)電子電路，也可以是軟件算法。本文主要討論用軟件算法來實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的AGC。

音頻AGC是音頻自動(dòng)增益控制算法，更為準(zhǔn)確的說是峰值自動(dòng)增益控制算法，是一種根據(jù)輸入音頻信號(hào)水平自動(dòng)動(dòng)態(tài)地調(diào)整增益的機(jī)制。當(dāng)音量(無論是捕捉到的音量還是再現(xiàn)的音量)超過某一門限值，信號(hào)就會(huì)被限幅。限幅指的是音頻設(shè)備的輸出不再隨著輸入而變化，輸出實(shí)質(zhì)上變成了最大音量位置上的一條水平線；當(dāng)檢測到音頻增益達(dá)到了某一門限時(shí)，它會(huì)自動(dòng)減小增益來避免限幅的發(fā)生。另一方面，如果捕捉到的音量太低時(shí)，系統(tǒng)將自動(dòng)提高增益。當(dāng)然，增益的調(diào)整不會(huì)使音量超過用戶在調(diào)節(jié)向?qū)е性O(shè)置的值。圖3是音頻AGC算法的結(jié)構(gòu)框圖。

AGC算法的實(shí)現(xiàn)過程

首先從串口獲取音頻數(shù)據(jù)，它是16位的整型數(shù)，一般來說，這些數(shù)都是比較小的，通過AGC算法將輸入的音頻數(shù)據(jù)投影在一個(gè)固定區(qū)間內(nèi)，從而使得不論輸入的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)值大小都會(huì)等比例地向這個(gè)空間映射。一方面將獲得的音頻數(shù)據(jù)最大值與原來的峰值進(jìn)行比較，如果有新的峰值出現(xiàn)就計(jì)算新的增益系數(shù)；另一方面在一定的時(shí)間周期內(nèi)獲取一個(gè)新的峰值，這個(gè)峰值就具有檢測性能，又與原峰值比較，然后就計(jì)算新的增益系數(shù)。這個(gè)增益系數(shù)是相對(duì)穩(wěn)定的。當(dāng)音量加大時(shí)，信號(hào)峰值會(huì)自動(dòng)增加，從而增益系數(shù)自動(dòng)下降；當(dāng)音量減小時(shí)，新的峰值會(huì)減小并且取代原來的峰值，從而使峰值下降，使增益系數(shù)上升。最后輸出的數(shù)據(jù)乘以新增益系數(shù)后映射到音頻信號(hào)輸入的投影區(qū)間內(nèi)。

圖4是音頻信號(hào)AGC算法的程序流程圖。

AGC_Coff是初始增益系數(shù)，初始值為1；maxAGC_in是增益峰值，初始值為0；time是采樣點(diǎn)計(jì)數(shù)，門限值為4096；AGC_in是新的音頻數(shù)據(jù)，MAXArrIn是新的音頻增益峰值；映射區(qū)間【-20000，20000】。

整個(gè)系統(tǒng)的軟件部分為5人模塊。系統(tǒng)主函數(shù)main( )、CMD文件、中斷向量表、DSP5402頭文件和專為C語言開發(fā)的庫函數(shù)rtdx.lib。其中主函數(shù)部分是核心，主要包括：DSP器件初始化、MCBSP1初始化、MCBSP0初始化、AIC23初始化(內(nèi)部12個(gè)可編程寄存器設(shè)置)及算法程序等。

在CCS2.0集成開發(fā)環(huán)境下，采用*.c語言和*.asm語言相結(jié)合的方式編寫程序。將編寫的程序*.c、*.asm和鏈接程序*.cmd文件編譯鏈接后生成執(zhí)行目標(biāo)文件*.out，通過仿真器將執(zhí)行目標(biāo)文件*.out下載到系統(tǒng)板上，經(jīng)過調(diào)試、編譯并運(yùn)行，以音樂作為音頻信號(hào)源輸入到系統(tǒng)板上。

結(jié)語

這套完整的音頻信號(hào)采集和處理系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際的音頻設(shè)備中。